有老师咨询冠醚与金属离子之间如何成键的问题。本次我们来分析一下。我们先看一下,教科书关于超分子的描述:
《2020鲁科版物质结构与性质》
《2020人教版物质结构与性质》
鲁科版强调冠醚与碱金属离子间的作用属于“非共价键”,而人教版不置可否只是在O与K之间画了一些虚线表示这种作用。这样就导致一些老师产生疑问,到底冠醚的O与K+之间作用属于什么作用就显得扑朔迷离。我们通过大学专业资料看一看:
《有机化学》李楠主编
《有机化学》 王芹珠,杨增家编
《普通高等学校十四五规划工科化学精品教材 无机化学 第3版》 周德凤,刘婧靖编
《有机化学》 马祥志主编
《高等无机化学》 岳红主编
通过大学教材,我们知道冠醚与K+之间的作用属于偶极-离子静电作用的一种配位键。氧由于电负性很大所以带负电性属于“负偶极”(类似于阴离子),所这种静电作用类似于离子键。我们再通过软件进行一下模拟分析:
《18-冠-6-K+结构Gaussview软件semi-empirical半经验法优化后mulliken电荷模拟》
《K2O结构mulliken电荷Gaussview模拟》
软件模拟显示实际上K+并未完全被冠环捕获,与冠醚O原子平面有一定距离。同时发现18-冠-6-K+中钾离子mulliken电荷为0.788比典型的离子化合物K2O中K的电荷0.648还要高,说明O的孤对电子云基本没有向K+转移。所以冠醚与K+之间的作用力属于类似于离子键的一种偶极-离子静电作用更合理。实际上很多人受“配位键属于一种特殊共价键”这个结论的影响,所以一提配位键就认为是共价键。实际上,配合物分两类:内轨型配合物和外轨型配合物,前者具有共价键性质后者具有离子键性质。请看相关资料:
《生物有机化学专论》王汝聪 陈再成 孙昌俊主编
《基础化学》马荔 陈虹锦主编
《全国普通高等医学院校药学类专业十四五规划教材 药物化学 供药学类中药学类制药工程专业用 第2版》
孟繁浩,李念光编
总结:通过上述分析,我们知道冠醚与钾离子之间的作用,科学的讲应该属于“离子-偶极键”。也可以认为属于一种“偶极-离子静电作用”的弱配位键,该弱配位键形成外轨型配合物,配位键具有离子键性质。由于冠醚并非阴离子,所以如果说冠醚与K+之间存在离子键作用的话,并不符合离子键定义。但是这种作用从性质上来讲属于“静电作用”,只是比典型离子键能量小一些,与离子键并无本质区别。所以关于冠醚与钾离子的这种作用力从中学阶段来讲是一种四不像的作用力,尽量不做考察为好。
老胡答疑
36、老胡答疑||CaCO₃饱和溶液中CO₃²⁻的水解程度研究
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